Um motor de motocicleta é aquele que impulsiona uma motocicleta e geralmente contém de um a seis cilindros e pode ser injetado com combustível, carburado e até mesmo turboalimentado. Os primeiros projetos de motor de motocicleta baseavam-se na combustão e lubrificação de dois tempos, mas a maioria das versões modernas são do projeto de quatro tempos. A maioria dos projetos de motor de motocicleta tem a transmissão projetada na carcaça do motor e os dois componentes funcionam como um único projeto.
O motor da motocicleta é normalmente projetado para atingir seu pico de potência em altas rotações do motor por minuto, ou RPMs. A motocicleta típica é capaz de operar confortavelmente de 6,000 a 8,000 RPMs sem danos. Algumas das motocicletas do estilo café japonês são capazes de suportar operação prolongada a 10,000 RPMs e acima. Existem até algumas motocicletas de corrida de arrancada especialmente projetadas que são capazes de operar com segurança muito além disso.
O motor da motocicleta não difere muito do motor encontrado em um automóvel comum, mas normalmente é construído em uma escala menor. As funções básicas de combustível, fogo e compressão existem na motocicleta e ela está sujeita aos mesmos tipos de problemas mecânicos que o automóvel. Problemas de superaquecimento e abastecimento de combustível são os mais comuns no motor de motocicletas. Normalmente, a má manutenção está por trás da maioria dos problemas.
Embora a motocicleta seja refrigerada a líquido na maioria dos casos, ela possui alguns recursos de alta tecnologia que ainda não encontraram lugar no motor automotivo. Ligas exóticas usadas na produção de motores, bem como no design da era espacial nas usinas de energia, ajudam a criar máquinas de aceleração ultrarrápida e rápida. Alguns modelos experimentais incluíram características como pistões em formato oval no projeto do motor, elevando o custo da motocicleta para a liga dos supercarros e além.
Nos Estados Unidos, a Harley Davidson optou por ficar com um projeto de motor refrigerado a ar muito semelhante às motocicletas originais do início do século XX. O motor da motocicleta Harley Davidson V-twin refrigerado a ar é um motor autônomo. O motor é separado da transmissão neste projeto e é conectado à transmissão por meio de uma corrente ou correia de transmissão chamada de transmissão primária. A transmissão pode ser uma unidade de quatro a seis velocidades e a transmissão final para o pneu traseiro pode ser uma corrente de rolos ou uma correia dentada. A tecnologia moderna encontrou seu caminho nos estúdios de design da Harley Davidson, e ela está oferecendo uma versão de transmissão de eixo com refrigeração líquida em sua linha.